(57)【要約】【課題】スピントランスファー誘起ノイズを抑制することができる垂直通電型磁気ヘッドを提供する。【解決手段】ピン層と中間層とフリー層とを含む磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、前記磁気抵抗効果膜の両側に絶縁膜を介して設けられた一対のバイアス印加膜とを備え、外部磁界がゼロのときに、前記ピン層の磁化方向と前記フリー層の磁化方向とのなす角θが５°≦θ＜９０°であるか、またはバイアスポイントが５％≦ＢＰ＜５０％であることを特徴とする垂直通電型磁気ヘッド。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン層と中間層とフリー層とを含む磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、前記磁気抵抗効果膜の両側に絶縁膜を介して設けられた一対のバイアス印加膜とを備え、外部磁界がゼロのときに、前記ピン層の磁化方向と前記フリー層の磁化方向とのなす角θが５°≦θ＜９０°であるか、またはバイアスポイントが５％≦ＢＰ＜５０％であることを特徴とする垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項２】
前記バイアス印加膜の磁化が、前記磁気抵抗効果膜の幅方向から傾いた方向に着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項３】
前記ピン層の磁化が、前記磁気抵抗効果膜のハイト方向から傾いた方向に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項４】
前記磁気抵抗効果膜は、反強磁性層と、第１ピン層と金属層と第２ピン層とを含むシンセティックピン層と、中間層と、フリー層とを含み、前記シンセティックピン層を構成する第１および第２のピン層の飽和磁化＊膜厚をそれぞれＭp1＊ｔp1およびＭp2＊ｔp2としたとき、Ｍp1＊ｔp1＞Ｍp2＊ｔp2の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の垂直通電型磁気ヘッド。
【請求項５】
磁気ディスクと、請求項１〜４のいずれか１項に記載の垂直通電型磁気ヘッドとを具備したことを特徴とする磁気ディスク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直通電型磁気ヘッドおよびそれを用いた磁気ディスク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気抵抗効果の向上が期待できる磁気抵抗効果膜（スピンバルブ膜）として、垂直通電型のものが研究されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
従来の垂直通電型の磁気抵抗効果膜では、ピン層の磁化の方向を一方向に固着し、フリー層へバイアス磁界をかけて、外部磁界（媒体磁界）がゼロのときにピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向が直交するように設計している。
【０００４】
しかし、上記のようにピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向を直交させた場合、たとえばセンス電流の電流密度を大きくするにつれて、再生出力にノイズが現れるという問題があることがわかってきた。これはスピントランスファー誘起ノイズ（spin transfer-induced noise、ＳＴＩＮ）と呼ばれているが、ＳＴＩＮを抑制する有効な方法は知られていなかった。
【特許文献１】米国特許第５，６６８，６８８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、スピントランスファー誘起ノイズを抑制することができる垂直通電型磁気ヘッド、およびそれを用いた磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る垂直通電型磁気ヘッドは、ピン層と中間層とフリー層とを含む磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の上下に設けられた一対の電極兼磁気シールドと、前記磁気抵抗効果膜の両側に絶縁膜を介して設けられた一対のバイアス印加膜とを備え、外部磁界がゼロのときに、前記ピン層の磁化方向と前記フリー層の磁化方向とのなす角θが５°≦θ＜９０°であるか、またはバイアスポイントが５％≦ＢＰ＜５０％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドおよびそれを用いた磁気ディスク装置によれば、外部磁界がゼロのときに、ピン層の磁化方向とフリー層の磁化方向とのなす角θを５°≦θ＜９０°とするか、またはバイアスポイント（ＢＰ）を５％≦ＢＰ＜５０％とすることにより、スピントランスファー誘起ノイズを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明をより詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドの媒体対向面に平行な断面図である。アルティック（Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＣ）基板（図示せず）上に、ＮｉＦｅからなる下電極兼磁気シールド２が形成され、その上に磁気抵抗効果膜１が形成され、その上にＮｉＦｅからなる上電極兼磁気シールド３が形成されている。磁気抵抗効果膜１の両側にはアルミナからなる絶縁膜４を介してＣｒ／ＣｏＣｒＰｔからなるバイアス印加膜５が形成されている。下電極兼磁気シールド２および上電極兼磁気シールド３を用いて、磁気抵抗効果膜１に膜面垂直方向にセンス電流を通電する。また、バイアス印加膜５により磁気抵抗効果膜１にバイアス磁界を印加する。
【００１０】
図２は図１の磁気抵抗効果膜１を示す断面図である。この磁気抵抗効果膜１は、ＴａおよびＲｕからなる下地層１１、ＩｒＭｎからなる反強磁性層１２、ＣｏＦｅからなる第１ピン層１３、Ｒｕからなる金属層１４、ＣｏＦｅからなる第２ピン層１５、Ｃｕからなる中間層１６、ＣｏＦｅおよびＮｉＦｅからなるフリー層１７、ＲｕおよびＴａからなる保護層１８がこの順に積層された構造を有する。
【００１１】
ここで、下地層１１としてはＴａ／ＮｉＦｅＣｒやＴａ／Ｃｕなどを用いてもよい。反強磁性層１２としてはＰｔＭｎなどを用いてもよい。図２では、ピン層として第１ピン層１３金属層１４および第２ピン層１５を含む、いわゆるシンセティックピン層を用いているが、ピン層には単層の強磁性層を用いてもよい。第１ピン層１３、第２ピン層１５およびフリー層１７には、上記以外にも、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの少なくともいずれかを含む合金を用いることができる。中間層１６にはＡｕもしくはＡｇを用いてもよいし、またはアルミナなどの絶縁体中にＣｕ、ＡｕもしくはＡｇなどからなる電流パスを含む複合体を用いてもよい。
【００１２】
図３に本発明の一実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドを基板面から見たときの、バイアス印加膜、フリー層および第２ピン層の磁化方向を模式的に示す。図３では、バイアス印加膜５の磁化Ｍhの着磁方向を、磁気抵抗効果素子の幅方向（トラック幅方向）からαだけ傾けている。このため、バイアス印加膜５からフリー層１７に加わるバイアス磁界の向きも磁気抵抗効果素子の幅方向からαだけ傾き、フリー層１７の磁化Ｍfも磁気抵抗効果素子の幅方向からαだけ傾いた方向を向く。一方、第２ピン層１５の磁化Ｍp2の方向は、磁気抵抗効果素子のハイト方向に固着されている。この結果、フリー層１７の磁化Ｍfと第２ピン層１５の磁化Ｍp2のなす角θは、θ＝９０°−αとなる。
【００１３】
図４に本発明の他の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドを基板面から見たときの、バイアス印加膜、フリー層および第２ピン層の磁化方向を模式的に示す。図４では、第２ピン層１５の磁化Ｍp2を、磁気抵抗効果膜のハイト方向からβだけ傾けた方向に固着している。一方、バイアス印加膜５の磁化Ｍhの着磁方向は、磁気抵抗効果膜の幅方向（トラック幅方向）である。この結果、フリー層１７の磁化Ｍfと第２ピン層１５の磁化Ｍp2のなす角θは、θ＝９０°−βとなる。
【００１４】
図３および図４のいずれの場合も、θは５°≦θ＜９０°となるようにαまたはβを設定する。また、図示しないが、バイアス印加膜５の磁化Ｍhの着磁方向を磁気抵抗効果膜の幅方向（トラック幅方向）からαだけ傾け、かつ第２ピン層１５の磁化Ｍp2を磁気抵抗効果膜のハイト方向からβだけ傾けた方向に固着してもよい。この場合、フリー層１７の磁化Ｍfと第２ピン層１５の磁化Ｍp2のなす角θは、θ＝９０°−α−βとなる。この場合にも、５°≦θ＜９０°となるようにαおよびβを設定する。
【００１５】
図５は本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドについて、外部磁界（媒体磁界）がゼロのときにＭfとＭp2とのなす角θ、および出力（Ｖ）と外部磁界（Ｈex）の関係を示す図である。バイアスポイントＢＰは、図５に示すΔＶoおよびΔＶsを用いて、ＢＰ＝ΔＶo／ΔＶs＊１００（％）と定義される。
【００１６】
実施例１、２または３の垂直通電型磁気ヘッドは、θが表１に記載した値となるようにαまたは／およびβを設定した。表１には、θに対応するＢＰの値を併せて示している。実際、ＢＰの値はθの値に応じて決まり、θ＝０°のときＢＰ＝０（％）、θ＝９０°のときＢＰ＝５０（％）、θ＝１８０°のときＢＰ＝１００（％）などとなる。表１に示すように、５°≦θ＜９０°の範囲である場合、ＢＰはいずれも５％≦ＢＰ＜５０％となっている。比較のために、θ＞９０°、ＢＰ＞５０％に設定した垂直通電型磁気ヘッドを作製した（比較例１、２）。
【００１７】
表１には、実施例１、２、３および比較例１、２の垂直通電型磁気ヘッドについて、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）およびビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定したものを併せて示している。表１から、本発明に係る実施例１、２、３の垂直通電型磁気ヘッドは、θが４５°≦θ≦８５°の範囲にあり、ＳＮＲが高く、良好なＢＥＲを示すことがわかる。なお、θ＜５°またはＢＰ＜５％とした場合には、ΔＶoが小さくなりすぎるため、実質的にＳＮＲおよびＢＥＲの測定ができない。また、θ＝９０°の場合にはＳＮＲが高い場合と低い場合とがあり、高いＳＮＲを安定して得ることができない。
【００１８】
これらの結果から、本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドは、フリー層の磁化Ｍfと第２ピン層の磁化Ｍp2とのなす角θを５°≦θ＜９０°に設定することによって、高いＳＮＲが得られ、その結果良好なＢＥＲを示すことがわかる。
【表１】
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【００１９】
図６は本発明の他の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果膜の第１ピン層１３、第２ピン層１５およびフリー層１７の磁化方向を概念的に説明する斜視図である。この図において、媒体対向面は左側端部である。この図は、外部磁界（媒体磁界）がゼロのときの磁化方向を示している。第１ピン層１３の磁化Ｍp1は反強磁性層との交換結合により実質的に図に示す向き（右向き）に固定されている。第２ピン層の磁化Ｍp2は、金属層１４を介してＭp1と反強磁性的に結合しており、実質的にＭp1と反平行の向き（左向き）に固定されている。フリー層１７の磁化には、バイアス印加膜５からのバイアス磁界Ｈb、第１ピン層１３の磁化Ｍp1からの静磁結合磁界Ｈp1、第２ピン層１５の磁化Ｍp2からの静磁結合磁界Ｈp2、第２ピン層１５の磁化Ｍp2との層間結合磁界Ｈinが作用する。なお、Ｈbはほぼｙ軸方向に、Ｈp1、Ｈp2およびＨinはほぼｘ軸方向に作用する。
【００２０】
第１ピン層の飽和磁化と膜厚との積Ｍp1＊ｔp1と、第２ピン層の飽和磁化と膜厚の積Ｍp2＊ｔp2を、表２に示すようにＭp1＊ｔp1＞Ｍp2＊ｔp2となるように設定した（実施例４、５）。この条件を満足するために、第１ピン層、第２ピン層ともに同じＣｏ90Ｆｅ10合金を用いてＭp1＝Ｍp2とし、ｔp1＞ｔp2となるように膜厚を設定している。代わりに、たとえば第１ピン層と第２ピン層を同じ膜厚にし、Ｍp1＞Ｍp2となるように第１ピン層および第２ピン層の膜組成を変えてもよい。Ｍp1＊ｔp1＞Ｍp2＊ｔp2となっていれば、どのような膜組成および膜厚となっていてもよい。
【００２１】
上記の条件を満たしている場合、Ｈp1、Ｈp2、Ｈinは図７に示す方向および大きさとなる。したがって、フリー層１７に対してｘ軸方向に作用する磁界は、図７に示すＨtotとなる。フリー層１７の磁化ＭfにはＨbとＨtotとの合成磁界が作用しており、Ｍfはこの合成磁界と平行な方向に向く。ちなみに、一般にＨinは約１０Ｏｅ以下に小さくする必要があるので、Ｈtotの向きはおおむねＨp1、Ｈp2のうち大きな方の向きとなる。
【００２２】
図８に、このような垂直通電型磁気ヘッドについて、外部磁界がゼロのときにＭfとＭp2のなす角θ、および出力（Ｖ）と外部磁界（Ｈex）との関係を示す。表２にＭp1＊ｔp1＞Ｍp2＊ｔp2となるように設定した垂直通電型磁気ヘッド（実施例４、５）のθおよびＢＰを示す。表２に示すように、実施例４、５の垂直通電型磁気ヘッドではＭfとＭp2のなす角θが５°≦θ＜９０°になっており、ＢＰも５％≦ＢＰ＜５０％となっている。実施例４、５の垂直通電型磁気ヘッドについて、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）およびビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定した結果を表２に併せて示す。
【００２３】
比較のために、Ｍp1＊ｔp1＜Ｍp2＊ｔp2となるように設定した垂直通電型磁気ヘッドを作製した（比較例３）。図９に、比較例３の垂直通電型磁気ヘッドについて、外部磁界がゼロのときにＭfとＭp2のなす角θ、および出力（Ｖ）と外部磁界（Ｈex）との関係を示す。表２に比較例３のθおよびＢＰを示す。表２に示すように、比較例３の垂直通電型磁気ヘッドではＭfとＭp2のなす角θが９０°＜θとなっており、ＢＰも５０％＜ＢＰとなっている。比較例３の垂直通電型磁気ヘッドについて、信号対ノイズ比（ＳＮＲ）およびビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定した結果を表２に併せて示す。
【００２４】
表２の結果から明らかなように、実施例４、５の垂直通電型磁気ヘッドでは高いＳＮＲが得られ、その結果良好なＢＥＲを示すことがわかる。
【００２５】
図１０に実施例５の垂直通電型磁気ヘッドの再生出力波形を示す。図１０の再生出力波形に対応して、図８に媒体磁界の振幅および再生出力の振幅を示す。これらの図から、実施例５の垂直通電型磁気ヘッドでは、ノイズが小さく、波形対称性も若干プラス側にずれてはいるがその値は小さく、良好な再生波形が得られることがわかる。
【００２６】
同様に、図１１に比較例３の垂直通電型磁気ヘッドの再生出力波形を示す。図１１の再生出力波形に対応して、図９に媒体磁界の振幅および再生出力の振幅を示す。これらの図から、比較例３の垂直通電型磁気ヘッドでは、波形の片側（＋側）に特異なノイズが現れ、波形対称性も−側にずれていることがわかる。比較例３の場合に波形の片側で観測される特異なノイズは、垂直通電型磁気ヘッドにおけるスピントランスファー誘起ノイズ（ＳＴＩＮ）によるもので、これはθが９０°≦θの場合に顕著に観測される。このＳＴＩＮが発生すると再生波形の片側にノイズが観測され、波形対称性が乱れてＳＮＲが劣化し、その結果ＢＥＲが劣化する。
【００２７】
これに対して、本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドでは、スピントランスファー誘起ノイズの発生を抑制できることで高いＳＮＲが得られ、その結果良好なＢＥＲを得ることができる。
【００２８】
なお、図６に示したように、本発明の垂直通電型磁気ヘッドでは、センス電流をピン層からフリー層の向きに流す方がＳＴＩＮの発生を抑制する効果が大きいため、センス電流をこの方向に流すことがより好ましい。
【表２】
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【００２９】
図１２に本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置の斜視図を示す。磁気ディスク５０はスピンドルモータ５１に回転可能に取り付けられる。磁気ディスク５０の近傍に設けられたピボット５２には、アクチュエータアーム５３、サスペンション５４、ヘッドスライダー５５を含むヘッドサスペンションアセンブリが取り付けられている。アクチュエータアーム５３の一端にサスペンション５４が保持され、サスペンション５４によってヘッドスライダー５５を磁気ディスク５０の記録面に対向するように支持する。ヘッドスライダー５５には、上記実施形態に示した垂直通電型磁気ヘッドが組み込まれている。アクチュエータアーム５３の他端にはアクチュエータとしてボイスコイルモータ５６が設けられている。ボイスコイルモータ５６によってヘッドサスペンションアセンブリを駆動して、磁気ヘッドを磁気ディスク５０の任意の半径位置に位置決めする。この垂直通電型磁気ヘッドは上記実施形態に示した垂直通電型磁気ヘッドを有するので、高いＳＮＲが得られ、その結果良好なＢＥＲを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドの媒体対向面に平行な断面図。
【図２】図１の磁気抵抗効果膜を示す断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドを基板面から見たときの、バイアス印加膜、フリー層および第２ピン層の磁化方向を模式的に示す図。
【図４】本発明の他の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドを基板面から見たときの、バイアス印加膜、フリー層および第２ピン層の磁化方向を模式的に示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドについて、外部磁界がゼロのときにＭfとＭp2とのなす角θ、および出力（Ｖ）と外部磁界（Ｈex）との関係を示す図。
【図６】本発明の他の実施形態に係る垂直通電型磁気抵抗効果膜の第１ピン層、第２ピン層およびフリー層の磁化方向を概念的に説明する斜視図。
【図７】Ｈp1、Ｈp2、Ｈin、Ｈtotの方向および大きさを示す図。
【図８】本発明の他の実施形態に係る垂直通電型磁気ヘッドについて、外部磁界がゼロのときにＭfとＭp2とのなす角θ、および出力（Ｖ）と外部磁界（Ｈex）との関係を示す図。
【図９】比較例３の垂直通電型磁気ヘッドについて、外部磁界がゼロのときにＭfとＭp2とのなす角θ、および出力（Ｖ）と外部磁界（Ｈex）との関係を示す図。
【図１０】実施例５の垂直通電型磁気ヘッドの再生出力波形を示す図。
【図１１】比較例３の垂直通電型磁気ヘッドの再生出力波形を示す図。
【図１２】本発明の他の実施形態に係る磁気ディスク装置の斜視図。
【符号の説明】
【００３１】
１…磁気抵抗効果膜、２…下電極兼磁気シールド、３…上電極兼磁気シールド、４…絶縁膜、５…バイアス印加膜、１１…下地層、１２…反強磁性層、１３…第１ピン層、１４…金属層、１５…第２ピン層、１６…中間層、１７…フリー層、１８…保護層、５０…磁気ディスク、５１…スピンドルモータ、５２…ピボット、５３…アクチュエータアーム、５４…サスペンション、５５…ヘッドスライダー、５６…ボイスコイルモータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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